Nhiệt kế hồng ngoại không phát ra tia hồng ngoại để đo nhiệt độ?
Bức xạ vật đen là gì?
Những gì tồn tại trên đời đều là hợp lý, còn những gì tồn tại thì không có ý nghĩa và giá trị riêng của nó. Rất hiếm khi tìm thấy ánh sáng hồng ngoại. Nó có thể làm gì? Chúng ta có thể sử dụng tia hồng ngoại làm điều khiển từ xa và công nghệ viễn thám tận dụng bước sóng dài của tia hồng ngoại. Tất nhiên, chúng ta đang nói đến phép đo nhiệt độ. Vậy nhiệt kế hồng ngoại sử dụng tia hồng ngoại để đo nhiệt độ như thế nào? Đầu tiên, hãy hiểu bức xạ vật đen. Cái gọi là vật đen ám chỉ một vật màu đen? Vật đen thực chất là một vật thể lý tưởng hóa có thể hấp thụ mọi bức xạ điện từ bên ngoài mà không có bất kỳ sự phản xạ hay truyền qua nào. Bất kể vật thể nào, miễn là nhiệt độ của nó cao hơn độ không tuyệt đối, nó đều phát ra sóng điện từ. Sóng điện từ là sóng hạt dao động phát ra trong không gian bởi điện trường và từ trường cùng pha và vuông góc với nhau. Chúng là các trường điện từ lan truyền dưới dạng sóng. Một vật đen trông có vẻ đen khi nó ở dưới 700K, nhưng đó chỉ là do năng lượng bức xạ phát ra từ vật đen dưới 700K là rất nhỏ và bước sóng bức xạ nằm ngoài vùng ánh sáng khả kiến. Nếu nhiệt độ của vật đen cao hơn nhiệt độ trên thì vật đen sẽ không còn đen nữa mà bắt đầu chuyển sang màu đỏ, khi nhiệt độ tăng lên sẽ xuất hiện màu cam, vàng, trắng và các màu khác. Lấy thép làm ví dụ, theo quá trình nhiệt độ tăng lên, nó lần lượt chuyển sang màu đỏ, cam và vàng. Khi nhiệt độ vượt quá 1300 độ C, nó bắt đầu chuyển sang màu trắng và xanh. Khi vật đen chuyển sang màu trắng, nó cũng phát ra một lượng lớn tia cực tím.
Trong đó, công suất bức xạ trên một đơn vị diện tích được gọi là p, T là nhiệt độ tuyệt đối và σ là hằng số. Mặt trời có thể được coi gần như là một vật thể màu đen. Người ta đã đo công suất bức xạ trên một đơn vị diện tích bề mặt mặt trời là 6×10^7 watt trên một mét vuông. Theo công thức trên, có thể kết luận nhiệt độ bề mặt của mặt trời là 5700 Kelvin, hay 5153,7 độ C. Đây là lần đầu tiên con người tính được nhiệt độ bề mặt của mặt trời. .
Nhiệt độ bề mặt của mặt trời có thể đo được ở rất xa trên bầu trời, vậy việc đo nhiệt độ bề mặt cơ thể con người ngay trước mặt chúng ta chẳng phải là điều dễ dàng sao? Đó là những gì chúng tôi đã thấy. Các nhân viên đã bắn chúng tôi bằng nhiệt kế hồng ngoại trên tay. Nhiệt kế hồng ngoại có thể thu thập năng lượng bức xạ trên một đơn vị diện tích trên trán và đo nhiệt độ cơ thể của bạn. Nhiệt độ cơ thể con người khoảng 37 độ, sóng điện từ bức xạ chủ yếu tập trung ở dải hồng ngoại nên phương pháp đo nhiệt độ này được gọi là đo nhiệt độ hồng ngoại. Thấy vậy, chúng ta hiểu rằng nhiệt kế hồng ngoại không tự phát ra tia hồng ngoại để đo nhiệt độ mà cơ thể con người chúng ta phát ra tia hồng ngoại và nhiệt kế hồng ngoại sẽ thu thập các tia hồng ngoại này.
Điều gì đã xảy ra từ việc nổ súng đến việc hiển thị các con số?
Bây giờ chúng ta biết rằng nhiệt kế hồng ngoại thu thập năng lượng bức xạ hồng ngoại trên một đơn vị diện tích trên trán và chúng ta cũng biết rằng nhiệt độ có thể được tính bằng công thức, vậy làm cách nào chúng ta có thể nhận được giá trị nhiệt độ hiển thị trên màn hình? Nhiệt kế hồng ngoại bao gồm hệ thống quang học, máy dò quang điện, bộ khuếch đại tín hiệu, xử lý tín hiệu, đầu ra màn hình và các bộ phận khác. Hệ thống quang học hội tụ năng lượng bức xạ hồng ngoại mục tiêu trong trường nhìn của nó và năng lượng hồng ngoại được tập trung vào bộ tách sóng quang và chuyển đổi thành tín hiệu điện tương ứng. Tín hiệu điện được khuếch đại, lọc, chuyển đổi sang dạng tương tự sang số và gửi đến bộ vi điều khiển (một máy vi tính nhỏ nhưng hoàn chỉnh được tích hợp trên chip silicon) để xử lý tín hiệu. Bộ hiển thị tinh thể lỏng hiển thị giá trị nhiệt độ của mục tiêu đo được.
